Проектиране на нова 12кВ екологично чиста газово изолирана кръгова разпределителна уредба

1. Специален дизайн

1.1 Концепция на дизайна

Корпорацията за електрическа мрежа на Китай активно продвига енергийната икономика и нисковъглеродното развитие на мрежата, за да постигне националните цели за върха на въглеродния отпечатък (2030) и неутралитет (2060). Екологични газови изолирани кръгови основни единици представляват тази тенденция. Нова интегрирана екологична газово-изолирана кръгова основна единица от 12 кВ беше проектирана, комбинирайки технологията на вакуумни прекъсвачи с тройни превключватели и вакуумни прекъсвачи. Дизайнът използва SolidWorks за 3D моделиране с модулна структура (газов резервоар, камери за освобождаване на налягането, корпус, инструментални помещения). Единицата се състои от отделни метални затворени камери (механизма, помещение за прекъсвач, помещение за кабели, помещение за прибори), всяка с независими канали за освобождаване на налягането. Дизайнът поддържа както конфигурации на независими единици, така и общи кутии.

1.2 Интеграция на тройния превключвател и вакуумния прекъсвач 

Интеграцията на тройни превключватели и вакуумни прекъсвачи е ключов елемент на този дизайн, включващ свързани горни тройни превключватели и долни двойни устройствата за прекъсвач. Тройният превключвател функционира в земно, затворено и изолационно положение, докато прекъсвачът работи в отворено/затворено състояние. Опорната рама на изолационния клин използва материал с висока твърдост от нейлон с добра ударностойкост и термична устойчивост. Технологията Mubea disc spring предоставя контактно налягане. 

Еднакъв покрив върху движещите контакти осигурява равномерност на електрическото поле и намалява частичните разряди. Изолационни покриви върху трифазните штепсели подобряват фазната изолация. По време на тестовете, множество оптимизации осигуриха правилни механични характеристики (дълбочина на захлопване, подскок, трифазна синхронизация, оперативна скорост). Вакуумният прекъсвач има твърдо запечатени стълбове, монтирани с четири винта. 

Терминалът на вакуумния прекъсвач служи като център на въртене за клина на превключвателя, с Z-образна пластмасова леверна ръчка, използвайки принципа на левера за управление. Медни шина с вулканизирана повърхност свързва нижните терминали на прекъсвача. Както е показано на Фигура 1, този интегриран дизайн разпознава вакуумния прекъсвач като ключов компонент, определящ общата надеждност, с контактната структура и метода за угасяване на дъга като критични елементи на дизайна.

За постигане на миниатюризация и подобрена надеждност, бяха внедрени чашеподобни контакти с продължително магнитно поле, с намотки и желязни ядра. В противовес на поперечните магнитни полета, продължителните полета увеличават преходния ток от дифузни до ограничени дъги, предлагайки минимален електрически износ, удължен срок на служба и по-добро капацитет на прекъсване. Въртящото се магнитно поле, генерирано от трифазния червен ток, се комбинира с продължителното поле на чашеподобния контакт, формирайки завихрения, които намаляват напрежението на дъгата и разпределят дъгата равномерно по анодната повърхност. Този дизайн увеличава капацитета за прекъсване на коротко замыкание от 20 кА до 25 кА при идентичен обем.

1.3 Управителен механизъм на превключвателя

Управителният механизъм, монтиран директно на предната страна на изолационния резервоар, привежда в действие както вакуумния прекъсвач, така и тройния превключвател чрез директни валови свързания без промеждутъчни компоненти. Този дизайн минимизира времето за отваряне на вакуумния прекъсвач, за да предотврати ерозията на контакти. Механизмът поддържа както ръчно, така и електрическо управление с накопичване на енергия чрез принципа на превъртане. Тройният превключвател използва пружинен привод с коаксиален дизайн на въртене, гарантиращ трифазна синхронизация и надеждна работа на заземящия превключвател. Неговите две оперативни отвори контролират отделно функциите на заземяване и изолация.

1.4 Главен контур 

Главният контур - състоящ се от кабелни штепсели, клинове на превключвателите, контакти на вакуумния прекъсвач, гъвкави връзки и шини - е запечатан в неръждаем резервоар, използвайки устни печати за динамични части и O-печати за статично запечатване, напълнен с 0.02 МПа азот или сух въздух. Интегрираният продължителен дизайн на тройния превключвател и вакуумния прекъсвач позволява модулно извличане. Разстоянията между фази се поддържат на 150 мм за правилна изолация. Терминалът на вакуумния прекъсвач служи като център на въртене за клина на превключвателя, с Z-образни пластмасови леверни ръчки, които превръщат движението на управителния механизъм в контактно движение.

1.5 Газов резервоар и производствена линия

Дизайнът на газовия резервоар дава приоритет на точното производство и герметичност. Лазерното изрязване осигурява компоненти от неръждаема стомана без бурни, докато роботизираното сваряване гарантира целостта на шевите и механичната сила. Производството използва линейна разположение с влакови транспортни средства, които се движат между работните места, за оптимизиране на ефективността на потока.

2 Анализ на изолацията 

2.1 Изолация на тройния превключвател

Тройният дизайн на превключвател типа нож предоставя видими точки на разединяване и надеждно заземяване. Използването на материал с висока твърдост от нейлон за въртящия вал и алуминиеви равномерни покриви върху главите на клините подобрява равномерността на полето. Симулации и тестове потвърдиха, че изолационните характеристики издържат 90 кВ мълниев импулс.

2.2 Обща изолация на земята

Анализът се съсредоточи върху ключови области: разстояния между фази и разстояния между фази и резервоар (минимално централно разстояние 125 мм), и изолационни компоненти. Стратегическото разположение на твърди изолатори в области с високо поле и газови изолатори в области с ниско поле оптимизира разпределението на полето. Допълнителни мерки включват епоксидна капсулировка на контакти, подобрени материали за Z-рамки, влакнени изолационни пръчки и защитни покриви на връзките на шините, за да се предотврати концентрацията на полето.

3 Заключение 

Новата екологично чиста газово изолирана кръгова разпределителна уредба комбинира вакуумно гасене на дъга с екологично чисто газово изолиране, като има пълна герметизация, безсмъртност, компактен размер и пълно изолиране. Всички високонапрастни компоненти са герметизирани във неръждаемата стоманена резервоар, което я прави подходяща за приложение както на открито, така и в помещения, включително в преходни станции, разпределителни залите и боксови подстанции. Проектирана за трифазни системи AC 50Hz, 12kV, тя предлага надеждно разпределение на електроенергията за жилищни, комерсиални, индустриални, транспортни и инфраструктурни приложения с отлични характеристики на надеждност, адаптивност към околната среда и безопасност.